色素碳黑生产中的能量平衡

色素碳黑生产中的能量平衡 

为了提高收率，还必须对原料油的含水量进行处理。因为在反应炉内，水分的升温同样要消耗热量，水蒸气与原料油在高温下还会发生副反应，既消耗原料油又消耗热能，如果原料油中的水分增加1%。炭黑的收率就会降低1%左右。同时还需提高入炉空气和油的预热温度，这样，不仅可以节约燃料还可以提高收率。还有，减少炉体的散热损失，也有利于提高炭黑的收率。

    在炭黑反应炉这个能力平衡体系中，燃料油的化学热为供入能，而燃料油、原料油和入炉空气的物理热（超出常温部分的热量）为回收能。电能主要为输送入炉空气和燃料油所耗用的。电能在总的供入能中的比例是很小的。由于炭黑生产装置所需入炉空气的压力较高，所以小型炭黑生产装置大多选用罗茨风机，大型炭黑生产装置则采用多级离心风机。其他用电设备就是输送燃料油和原料油的油泵和输送急冷水用的水泵。

    从中我们可以看出炭黑反应炉的供入总能量为：

      Q供=Q燃料油+Q原料油+Q风+Q电+Q水

       Q供——进入反应炉的总能量，kJ;

  Q燃料油——进入反应炉的燃料油总能量，包括物理热和化学热，kJ；

  Q原料油——进入反应炉的原料油总能量，包括物理热和化学热，kJ；

      Q风——进入反应炉的空气的热量，kJ;

      Q电——向主供风机、燃油泵、原料油泵、急冷水泵供的电能，kJ

      液体燃料的化学热一般可以在实验室内测定出来。如无条件测定，也可以用下列式来计算（门捷列夫经验公式）：

      Q=339C+1030H-109(O-S)-25.12W

      式中：

            Q——工作质的低位发热量，kJ/kg；

            W——工作质的含水量，%；

C、H、O、S——工作质的碳、氢、氧、硫的百分比含量，%。

      那么，进入反应炉的燃料油和原料油的热量为：

        化学热=m*Q（kg）

    式中：

      m——进入反应炉的燃料油（原料油）的质量，kg；

      Q——进入反应炉的燃料油（原料油）的低发热值。KJ/kg。

进入反应炉的燃料油和原料油的物理热（也称显热），可由下式计算：

   Q物理热=m*cp*t（kJ）

     式中：

m——进入反应炉燃料油（原料油）的质量，kg；

Cp——进入反应炉燃料油（原料油）的平均比热容，kJ/（kg·℃）

 t——进入反应炉燃料油（原料油）的温度，℃。

进入反应炉的空气物理热，可由下式计算：

   Q空热=V空*cp*t（kJ）

式中：

V空——进入反应炉空气的体积，Nm3；

Cp——进入反应炉空气的平均定压容积比热容，kJ/（kg·℃）

 t——进入反应炉空气的温度，℃。

另外还有供入的电能可按下式计算：

Q电供=3595*A供（kJ）

式中：

3595——电的当热量，kJ/（kW·h）（860kcal/kW·h）；

 A供——供给的电量，kW·h。

     供入的水可按下式计算：

 Q水供=2508*D急冷（kJ）

式中：

2508——水的等价热量，kJ

 D急冷——进入反应炉的急冷水量，t

用同样的方法也可以计算出排出炭黑反应炉的能量。其中，作为产品带出反应炉的是化学热；炭黑的化学热是炭黑所固有的，是属于有效能中的利用能。而炭黑的物理热，炭黑尾气的化学热以及炭黑尾气的物理热，则是未利用能中可以回收的热量，也就是炭黑生产中的余热资源。而用电损耗和散热损失则是未利用能中的损失能。

  从炭黑生产过程中来看，从炭黑反应炉经急冷后，已完成了炭黑的生产。而此后的一系列工序只是为了能够收集炭黑。

  由于排出炭黑反应炉的物料，不仅温度高而且数量也很大，所以说，炭黑生产中的余热资源是很丰富的。